廢水成分對(duì)兩種微藻凈化水質(zhì)的影響

摘要：對(duì)微藻凈化水質(zhì)進(jìn)行了初步研究，在模擬廢水中分別培養(yǎng)小球藻（Chlorella vulgaris）和柵藻（Desmodesmus），探索了廢水成分對(duì)兩種微藻脫氮除磷的影響。結(jié)果表明，微藻凈化水質(zhì)是高效的，只需培養(yǎng)36 h，氨氮的去除率在90%以上，磷去除率在70%以上。廢水中的鎂源和碳源對(duì)兩種微藻凈化水質(zhì)有較大的影響，鈣、鐵、微量元素等成分影響較小。柵藻比小球藻耐受極端環(huán)境能力更強(qiáng)，更適合用于富營養(yǎng)化水體的凈化。

關(guān)鍵詞：小球藻（Chlorella vulgaris）；柵藻（Desmodesmus）；廢水成分；凈化水質(zhì)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）17-4527-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.043

Abstract： The preliminary study on the microalgaes purifying water quality was conducted，Chlorella vulgaris and Desmodesmus were cultivated in simulated wastewater to explore the effects of wastewater compositions on water purification by two kinds of microalgaes. The results showed that，water purification by microalgaes were efficient，just cultivating for 36 h，ammonia nitrogen removal rate was over 90%，phosphorus removal rate was over 70%. Magnesium and carbon for two kinds of microalgaes purifying water quality have great influences； The composition such as calcium，iron，and trace elements are unimportant. The tolerance ability to extreme environment of Desmodesmus was stronger than C. vulgaris，which was more suitable for the purification of the eutrophication water bodies.

Key words： Chlorella vulgaris； Desmodesmus； wastewater composition； water purification

微藻是可以進(jìn)行光合作用合成自身生物質(zhì)的低等植物，在自然環(huán)境中充當(dāng)重要的生產(chǎn)者、氧氣制造者，并在碳循環(huán)中發(fā)揮重要作用。微藻可以利用太陽能作為能源吸收氮、磷等物質(zhì)合成自身生物質(zhì)，因此利用微藻降低培養(yǎng)環(huán)境中氮、磷的含量是可行的[1，2]。中國水體富營養(yǎng)化報(bào)道屢見不鮮，而造成水體富營養(yǎng)化的罪魁禍?zhǔn)浊∏∈堑⒘?。利用廢水培養(yǎng)微藻能達(dá)到既凈化水體又收獲藻體的目的[3，4]。

目前，關(guān)于培養(yǎng)微藻凈化廢水的研究主要集中在廢水富營養(yǎng)化程度（即氮、磷的濃度）上[5]，很少有關(guān)于廢水其他成分對(duì)微藻凈化水質(zhì)影響的研究。為此，通過剔除試驗(yàn)考察了廢水其他成分對(duì)小球藻（Chlorella vulgaris）和柵藻（Desmodesmus）凈化水質(zhì)的影響，以期為今后實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 藻種

試驗(yàn)用的小球藻和柵藻購自中國科學(xué)院水生生物研究所，均使用BG-11培養(yǎng)基培養(yǎng)。刮取平板上的藻種接入液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，取一定體積的藻液離心去上清待接種。

1.2 人工模擬廢水

試驗(yàn)使用的模擬廢水在BG-11培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上，通過添加NH4Cl和K2HPO4，控制N濃度為30 mg/L， P濃度為10 mg/L；pH 7.0。模擬廢水培養(yǎng)基：NH4Cl 0.114 6 g/L，K2HPO4 0.075 g/L，MgSO4 0.075 g/L，CaCl2 0.036 g/L，F(xiàn)eSO4 0.005 g/L，微量元素（A5， 1 mL），NaHCO3 0.275 g/L。

1.3 測(cè)量方法

生物量的測(cè)定：用紫外分光光度法在680 nm下測(cè)量藻液的吸光度，當(dāng)OD值小于1時(shí)，吸光度與微藻濃度有較好的線性關(guān)系；當(dāng)吸光度超過1時(shí)，需要對(duì)藻液進(jìn)行稀釋。

氨氮、磷含量的測(cè)定：待測(cè)藻液經(jīng)0.22 μm濾膜抽濾后，測(cè)量氨氮和磷的含量。氨氮含量采用納氏試劑法測(cè)定，碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應(yīng)生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，此顏色在較寬的波長內(nèi)具強(qiáng)烈吸收，測(cè)定用波長425 nm；磷含量采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定，酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、鉀酒石酸銻氧鉀反應(yīng)生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原生成藍(lán)色絡(luò)合物，即磷鉬藍(lán)，在670 nm處進(jìn)行測(cè)定。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分6組，6個(gè)1 L藍(lán)蓋瓶，其中一組是全營養(yǎng)鹽作為對(duì)照，其他5組為缺少某一成分的試驗(yàn)組，剔除MgSO4、CaCl2、FeSO4、微量元素、NaHCO3的試驗(yàn)組分別記為鎂（-）、鈣（-）、鐵（-）、A5（-）、 碳（-），沒有剔除的營養(yǎng)成分添加量按模擬廢水中含量配制。取等量離心后的藻體分別接入模擬廢水中，保持初始接種量一致，底部經(jīng)曝氣石通入空氣，在攪拌臺(tái)上攪拌培養(yǎng)。全光照下光照度為25 000 lx，培養(yǎng)溫度（25±1） ℃，pH 7.0。試驗(yàn)組在相同培養(yǎng)條件下每12 h觀察一次微藻的生長情況，同時(shí)測(cè)定氨氮、磷的降解情況。試驗(yàn)分小球藻、柵藻兩個(gè)批次。

2 結(jié)果與分析

2.1 微藻的生長狀況

剔除單一成分模擬廢水中小球藻和柵藻的生長情況如圖1和圖2所示。從圖1可以看出，對(duì)于小球藻，剔除鐵離子、鈣離子、微量元素等試驗(yàn)組與對(duì)照生物量生長情況相差不大，說明鐵離子、鈣離子、微量元素對(duì)微藻生物量的影響較小，而剔除鎂離子和碳源的試驗(yàn)組生物量明顯小于其他各組；培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，對(duì)照的生物量分別是缺鎂組和缺碳組的2.38、2.35倍；鎂離子和碳源是影響小球藻生長的關(guān)鍵限制因素，缺少碳源比缺少鎂源對(duì)小球藻生長的抑制作用更大。

柵藻的情況與小球藻類似。從圖2可以看出，除了缺鎂組和缺碳組生物量明顯低于對(duì)照外，其余各組相差不大，培養(yǎng)末期對(duì)照的生物量是缺鎂組的1.44倍，是缺碳組的1.79倍，可見缺鎂、缺碳會(huì)對(duì)柵藻的生長產(chǎn)生抑制。對(duì)于生長因素而言微藻存在共性；全培養(yǎng)基與缺乏營養(yǎng)元的生物量之間的差距，柵藻比小球藻要小，表現(xiàn)出更耐受極端環(huán)境，適應(yīng)能力更強(qiáng)。

2.2 微藻對(duì)氨氮的去除效果

圖3、圖4分別為小球藻和柵藻在模擬廢水中的氨氮去除情況。從圖3可以看出，接種小球藻后氨氮濃度快速下降，培養(yǎng)到36 h時(shí)，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對(duì)照氨氮去除率依次為72.37%、99.67%、95.03%、99.51%、42.53%、97.94%。可見小球藻吸收氨氮是高效的，并且鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組的氨氮去除率與對(duì)照組結(jié)果相差不大，可見這些成分不是氨氮脫除的限制因素；鎂離子因?yàn)橛绊懶∏蛟迕傅幕钚?，而酶是氨氮去除必不可少的。碳源影響小球藻的生物量，進(jìn)而影響氨氮的去除。

柵藻氨氮的去除情況與小球藻類似。從圖4可以看出，培養(yǎng)36 h后氨氮濃度變化不大，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對(duì)照氨氮去除率依次為91.54%、98.03%、100%、100%、65.84%、98.46%。兩種藻對(duì)比可見，柵藻對(duì)氨氮的吸收整體好于小球藻。這可能跟生物量有關(guān)，在相同條件下柵藻生長情況好于小球藻，進(jìn)而帶來更優(yōu)的氨氮吸收率。

2.3 微藻對(duì)磷的去除效果

小球藻對(duì)磷的吸收情況如圖5所示。從圖5可以看出，接種后各剔除組磷含量整體呈下降趨勢(shì)，但較為緩慢且各組的差異較大。培養(yǎng)到36 h時(shí)，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對(duì)照磷去除率依次為22.18%、50.74%、23.96%、48.04%、35.28%、71.30%。鐵（-）組、鎂（-）組去除率最低，說明這兩種成分是小球藻除磷的限制因素，鈣（-）組、A5（-）組去除率接近50%，影響相對(duì)較弱，碳（-）組36 h后磷含量開始快速下降，60 h后去除率高達(dá)96.88%，可能是由于剛開始時(shí)缺少碳源，小球藻光合作用受到抑制，生長停滯，磷幾乎沒有消耗，隨后為了適應(yīng)環(huán)境生理生化途徑發(fā)生改變，造成磷的快速消耗。

柵藻對(duì)磷的吸收情況如圖6所示。從圖6可以看出，接種后磷含量整體呈快速下降趨勢(shì)，培養(yǎng)到36 h時(shí)，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對(duì)照磷去除率依次為58.16%、45.60%、70.18%、72.52%、40.77%、71.49%。鐵（-）組、A5（-）組磷含量與對(duì)照相差不大，鎂（-）組、鈣（-）組、 碳（-）組磷去除率分別只有對(duì)照的0.81、0.64、0.57倍。可見鎂、鈣、碳等成分對(duì)柵藻凈化廢水中的磷至關(guān)重要。柵藻磷的去除率整體上依然好于小球藻，這可能是由于柵藻更能耐受極端環(huán)境的緣故。

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，廢水中的鎂源和碳源是影響微藻生長的主要成分，小球藻和柵藻在生長限制因素上存在共性。柵藻比小球藻整體生長更好，更能耐受極端環(huán)境，適應(yīng)力更強(qiáng)。廢水中小球藻和柵藻對(duì)氨氮的吸收是高效的，培養(yǎng)到36 h時(shí)氨氮去除率都在90%以上。鎂源和碳源依然是小球藻吸收廢水中氨氮的關(guān)鍵成分，當(dāng)廢水中缺少這兩種成分時(shí)，氨氮去除率大幅下降；柵藻在氨氮去除方面明顯比小球藻更高效，只有當(dāng)缺少碳源成分時(shí)去除率才大幅下降。在磷的去除方面，微藻對(duì)廢水成分的要求較高，缺乏其他成分時(shí)，小球藻磷的去除能力都大大減弱；柵藻在缺乏鎂源、鈣源、碳源時(shí)磷去除率有較大的下降，整體依然比小球藻高效。利用微藻凈化富營養(yǎng)化廢水是高效可行的，鎂源和碳源是影響微藻生長及凈化水質(zhì)的主要成分，在凈化廢水過程中應(yīng)保持充足的供應(yīng)。具體選擇藻種時(shí)，柵藻要明顯優(yōu)于小球藻。

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